挖掘机是工程建设领域最常见的一种土方施工机械,广泛应用于基础建设、市政、交通、农田、水利等领域。传统的挖掘机包括液压式和机械式两种,液压式挖掘机可实现灵活多变的挖掘轨迹,却存在液压系统漏油污染环境,噪声、能耗大等问题；机械式挖掘机虽然可靠性高,使用寿命长,但能够实现的挖掘轨迹较为简单；且传统的挖掘机功能均较为单一。针对这些问题,本文设计一种可以实现一机多用、性能可靠、节能环保的伸缩式可控机构式挖掘机工作装置。该工作装置改变了执行构件的驱动方式,通过电动机、减速器驱动完成挖掘作业,降低了中间过程的能量损耗,真正实现了清洁环保,零排放,与内燃机相比,效率高、噪音低、振动小、维护方便、操作者的作业环境可以从根本上得到改善；动臂和斗杆的伸缩扩大了挖掘机工作范围,在完成挖掘机的基本工作任务之外,还可用于抢险救灾、清除障碍、急造军路等等多种工程任务；通过连杆机构控制动臂、斗杆和铲斗不仅能够实现复杂的运动输出,获得液压式挖掘机灵活多变的挖掘轨迹,还可克服传统液压式挖掘机的不足,提高其可靠性和使用寿命。本文的具体工作和研究如下：1.为保证挖掘机工作装置的工作性能,参考现有液压式挖掘机的主要参数和设计原则,根据本文创新设计的伸缩式可控机构式挖掘机工作装置的性能要求和工作任务,制定总体设计原则并确定整机参数；对伸缩式可控机构式挖掘机工作装置进行创新设计,最终确定创新方案,并对关键零部件进行校核,对驱动动力进行选型。2.在Pro/E中建立伸缩式可控机构式挖掘机工作装置的三维模型,导入ADAMS建立虚拟样机模型；在ADAMS中进行运动学仿真得到伸缩式可控机构式挖掘机工作装置的几何作业参数,对比分析动臂和斗杆的伸缩对工作装置几何作业参数的影响；进行运动学仿真,分析对比了关键铰点的受力情况,验证了模型的正确性；通过对主动杆及伸缩杆的驱动功率的对比分析,验证功率的合理性,并依据仿真结果对电机和电动推杆进行简单选型。3.使用ANSYS建立伸缩式可控机构式挖掘机工作装置动臂和斗杆的柔性体文件,在ADAMS中分别建立动臂和斗杆的刚柔耦合模型；提取动臂和斗杆柔性体危险位置处最大应力节点动态应力变化曲线,对动臂和斗杆危险位置进行分析,并对刚柔耦合模型末端执行点的运动变化情况以及各关键铰点受力情况与刚性体模型对比分析,验证了刚柔耦合模型仿真结果更准确,与实际情况更相符,为瞬态动力学、动载荷、疲劳寿命等分析和研究提供参考依据。通过以上的仿真研究与分析,为伸缩式可控机构式挖掘机工作装置物理样机的试制提供了参考依据,为样机的成功试制奠定了基础。